冯  静

（河钢大河能源环境科技有限公司承德分公司）

在冶金行业中，双膜法 “超滤+反渗透”在钢铁企业中水回用方面有着广泛的应用与实践。基于稳定超滤产水量、延长反渗透膜使用寿命的目的，在全面分析和解决各种影响因素和问题的基础上，系统介绍了超滤、反渗透运行维护措施和管理经验，特别是对回用中水含有焦化排水和提钒处理排水作为水源的反渗透运行状况，反渗透膜的日常在线清洗保护，延长反渗透膜使用寿命的研究与讨论，以及出现重度有机物污染后离线清洗恢复性能的必要性。

关键词： 超滤  反渗透  中水回用  运行维护  清洗  结垢  重度污染  性能恢复

1 前言

冶金行业污废水的再生利用是提高水资源利用率、降低生产成本、减少污染的有效途径。该污废水具有水量大，便于回用的特点，因此钢铁企业多采取污废水回收经污水厂处理为可循环使用的中水，再经反渗透深度除盐优化处理，作为锅炉补给水系统的给水、循环水的软水补充，具有良好的经济效益和社会效益。

2 研究内容

某钢铁厂1000m³/h一级除盐水系统为“超滤+反渗透”系统，原水采用生产地下新水、污水处理厂回用中水和风机循环水三种水源按比列混合使用。该系统产水为高炉密闭、烧结余热、炼钢汽化冷却、连铸结晶器提供充足的除盐水以及改善循环水水质。针对该系统运行时间长，水源水质不稳定，重点对超滤、反渗透工艺进行研究及实践，确定其稳定运行的影响因素并制定有效措施，确保反渗透系统在经济运行方面取得良好效果。

2.1 超滤系统

超滤系统的前置处理设施为盘式过滤器，过滤精度为100µm，其运行和反洗为全自动PLC控制。

过滤器依据进、出口压差或者时间进行自动反洗。在过滤器组套内单体过滤元件反洗过程应轮流交替进行，自动切换工作、反洗状态，确保整套过滤器连续出水。每套过滤器的出力能满足超滤装置的实际产水量。过滤器蝶片材质选用高强度聚丙烯塑料，本体管道材质为不锈钢。盘式过滤器共8台，单台正常产水量大于240m³/h，与原水泵及超滤成一对一串联设置，即一台原水泵配置一台盘式过滤器。一台盘式过滤器配置一列超滤设备。盘式过滤器出水直接接入超滤装置。

超滤装置具有除去水中的大分子颗粒、胶体、部分有机物、有效地降低水中的浊度及SDI的功能，其出水满足反渗透进水的要求。

超滤系统的控制指标：

产水量：超滤产水不低于170 m³/h；

回收率：≥90％；

产水水质：前三年SDI≤3；

浊度：≤0.2FTU；

过滤周期：≥30分钟(运行三年)；

化学增强反洗（CEB）周期：≥24小时；

化学清洗周期：≥30天。

2.2反渗透系统

反渗透进水的控制指标：

反渗透系统的控制指标：

脱盐率：≥98.5%（运行第一年）

≥97.5%（运行三年后）

产水量：≥500m³/h（总）(20 ℃)

回收率：≥75 %（运行三年后）

3 系统稳定运行措施

3.1 超滤系统稳定运行措施

在反渗透系统中使用了“盘滤+超滤”前置预处理设备， 从运行经济性和可靠性方面考虑，超滤的出力决定了整个系统的最佳出力为125t/h·列，这就要求8列超滤每列至少提供170t/h的反渗透进水。超滤的运行机理和超滤前置预处理设备（盘片过滤器）过于简单，使得整个系统易受污水处理厂出水或地表水混入地下水等突发性水质异常影响。因此，解决超滤实际运行中的问题，稳定超滤运行产水量是实现反渗透系统运行效果稳定的关键所在，是重中之重。

3.1.1 影响超滤稳定运行的因素

该厂使用的超滤膜运行方式为外压式，原水在一定压力下通过管外流动，溶剂及小分子溶质透过膜成为超滤液，原水被浓缩为浓缩液，从而达到部分溶剂及溶质分离、浓缩的目的。超滤过程为动态过滤过程，单从运行机理上看，膜一般不易被堵塞。但是，随着运行时间的加长，由于膜面及膜孔的吸附和截留作用，超滤膜逐渐被堵塞，通水量减少。因此，超滤本身的运行特点，决定了其稳定运行的必要性。

3.1.1.1 进水水质要求

为保证超滤安全稳定运行，进水水质要求如下：

浊度不大于5 NTU（经盘滤过滤后）；

水温为5~40 ℃；水回收率为90%；pH 值为6~9；

进水压力最高不大于0.20 MPa；

正常使用0.10~0.15 MPa。

3.1.1.2 水质变化影响

进入雨季，该厂地下水有部分地表水进入，浑浊升高，水中存在大量泥沙颗粒，仅经盘式过滤器无法彻底过滤，使得超滤进水中泥沙颗粒就明显增多。若预防处理不及时，特别是水中存在一些污泥、污垢颗粒的情况下，短时间内就可以使盘滤滤片间被污堵，超滤产水量明显降低。

同时如果中水水质COD超标，又没有及时调整中水、地下新水和风机循环水三种水源的搀兑比例，就会导致进水中有机物含量明显增多，而且被截留于超滤膜表面的有机物，很难依靠定期的反洗而冲洗清洁，大量的有机物短时间内就可使产水量降低，过膜压差超过0.1MPa。

3.1.2 稳定超滤运行的措施

3.1.2.1 在运行中采用定期逆向水反洗和气反洗的方法及时冲洗掉超滤运行过程中膜面及膜孔的吸附和截留的物质，并根据进水水质变化调整反冲洗间隔时间和工作时间。

3.1.2.2 加装各种在线水质监测仪表，实现对进水水质的连续监督，便于及时发现水质变化（如在线COD仪、浊度仪、余氯监测仪和SDI仪等）。在微机上设置报警参数，及时报警，岗位运行人员据此及时分析水质，果断采取措施，可以实现最快最有效地遏止水质异常对超滤产水量的影响。

利用在线浊度仪，监测季节性突发水质变化，及时切断浑浊水源，排掉进入系统中的异常水质、冲洗系统。利用在线COD仪、余氯仪和SDI仪，监测到相应的水质指标超标情况，及时调整阻垢剂、还原剂、杀菌剂等的加药量。加强与相关岗位的联系协调，及时掌握水质变化，提前做好预防措施，发现异常及时消除系统故障等。

3.1.2.3 对已被污染、产水量明显降低的超滤，及时采取技术措施即对超滤进行有效的化学清洗，恢复其产水能力。清洗根据UF实际污染程度确定是整组清洗或是分单列清洗；调整超滤清洗方式：a）次氯酸钠，b) 次氯酸钠+柠檬酸，c) 次氯酸钠+柠檬酸+次氯酸钠，根据每组超滤的污染程度，选择一种清洗方式。这样既能达到良好的清洗效果，又能节省了清洗药剂不必要的浪费。 表1 是该厂水处理系统一期四组超滤某次异常，清洗前后的效果比较。表中数据说明及时采取此项措施的有效性。

3.1.2.4 加强对保安过滤器前后压差的监督。根据压降极限值，通过运行实验确定滤芯更换的压降值达0.1 MPa 时更换滤芯。

表1：超滤清洗效果对照表

3.2 反渗透系统稳定运行措施

反渗透作为深层过滤技术, 因其运行高效、产水稳定、日常运行费用低而在水处理系统中广泛应用。针对系统运行过程中出现的问题，及时深入分析诊断，采取合理反渗透系统运行维护的技术和管理措施，避免反渗透系统膜元件的劣化，合理延长膜使用寿命，是系统运行管理的关键。

3.2.1 反渗透进水水质的控制

对反渗透系统给水进行控制的关键是保证预处理效果的稳定。如前所述, 针对该厂系统运行实际, 建立了以稳定超滤产水量为核心的一整套应对异常情况，确保设备稳定运行的措施。同时，建立了反渗透系统进水污染指数定期监测制度，以检测和调整措施的有效性。通过实际运行效果看，RO进水污染指数SDI要求不大于2，进水余氯小于0.1mg/L。

3.2.2 预防措施

3.2.2.1 加药控制

在反渗透保安过滤器之前投加还原剂、阻垢剂和非氧性化杀菌剂，是控制RO进水余氯，抑制系统结垢和对细菌及藻类杀菌的有效方法。投运初期还原剂选用Na₂SO₃,但运行半年后发现该药易在药箱和加药管中结晶导致堵塞，后经反复验证将还原剂Na₂SO₃更换为NaHSO₃，消除了还原剂结晶问题。选用汤纳TPT0300阻垢剂和DROSG881非氧化性杀菌剂，此产品在中水反渗透系统使用已一年多，效果良好，每次设备清洗，反渗透系统都无结垢现象，打开一段反渗透膜元件也无藻类物质及菌落现象，说明非氧化性杀菌剂达到应有现象。

3.2.2.2 停运保护

为防止停用时，在含有阻垢剂的情况下形成的压稳态盐类析出而结晶和避免生物的滋生与污染，针对膜材料和装置停运实际情况，选择合适的停运保护方法十分必要。该除盐水站担负着为高炉密闭、烧结余热、轧钢汽化、连铸结晶器提供除盐水以及改善循环水水质的任务，除进行清洗外，一般停运时间都不超过24 h，因此采用低压给水冲洗的方法。如规定关机前应停投阻垢剂,并用反渗透产水冲洗10min；停运期间要每8h冲洗一次。

3.2.2.3 运行方式的调整

反渗透装置的运行要以保持流量，稳定水质，取得设计的回收率和不超过设计运行参数为原则。在各项运行参数发生变化时要及时调整运行方式如：

（1）当给水温度变化较大时，可通过调整给水压力进行补偿调节，但不能超过极限值和设计规定值。

（2）如给水水质变化，当进水TDS 增加过大时，应降低回收率，以避免膜表面的浓差极化。

（3）正常运行时不用最高流量，以避免频繁开停设备而降低膜寿命，同时也可降低给水压力运行或回用部分产品水。

4 反渗透的在线清洗

4.1 反渗透污染结垢的原因

(1) 盐类在膜表面的蓄积和沉淀原水中SO42- 、Mg2+、Ca2+、HCO3- 、等离子在运行过程中, 随着淡水的不断提取, 浓度会逐渐增大, 当这些离子达到饱和浓度积时, 就会析出产生沉淀。

(2) 有机物污染

地表水溶氧呈饱和状态, 为细菌、藻类及其它有机物的存活创造了条件。

(3)胶体污染

地表水的氢氧化铝铁胶体和硅胶含量较多, 一般过滤手段难于去除, 也易在膜表面蓄积造成污堵。

(4) 悬浮物质污堵

4.2 反渗透的化学清洗条件

下列情况出现时需要及时清洗膜元件:

（1）标准化产水量降低10%；

（2）进水和浓水之间的压差上升了15%；

（3）标准化透盐率增加10%~15%；

（4）系统各段压差明显上升。

一般以设备最初运行48 h所得到的运行记录为标准化后的对比数据。

4.3 在线清洗方式的选择

 (1) 顺流清洗和逆流清洗比选

顺流清洗就是清洗剂流向与运行时水流方向一致的清洗方式。逆流清洗是清洗液与运行时水流方向相反的清洗方式。顺洗是普遍采用的清洗工艺，对胶体污堵、结垢污堵的清洗效果较好。理由是被清洗物质易化学溶解，且结垢主要在二段，所以脱落溶解后易随水流冲出。由于结垢的成分主要是碳酸盐垢，主要沉积于二段，因此生产中多选用顺流清洗的方式。多次清洗的实践也证明了顺流清洗的效果要优于逆流清洗的效果。

(2) 分段清洗和混合清洗比选

膜厂家对膜的清洗要求是分段清洗，且各段应配制新药剂，目的是预防交叉污染。在此基础上进行了混合清洗试验，即用同一箱药对一、二段进行动静交替、串联清洗。多次清洗试验证明，分段清洗效果优于混合清洗的效果，因此生产中也多选用分段清洗方式。

（3）动态清洗和动静交替清洗比选

动态清洗就是一直以流动状态清洗到结束。动静交替清洗就是流动状态时将温度、pH 值等调好后, 再静态浸泡一段时间的清洗方式。试验说明，动静交替清洗效果比单一动态清洗效果好。这是因为单一动态清洗冲刷，剥落下的污物被冲压到格栅的边角处成为死角，其分散、溶解的时间增长。至静动浸泡时，压实的污物又还散到药液中，反应溶解加快。因此，选用动静交替的清洗方式。

4.4 清洗效果（以某次清洗为例）

表2：反渗透清洗效果对照表

 随着运行时间的延长, 膜的产水量逐渐降低, 脱盐率升高。对其进行化学清洗，从上表可以看出，清洗后产水量有较明显的增长，段间压差也相应减小。

5 反渗透的离线清洗

5.1反渗透膜受到焦化熄焦水污染的运行状况

由于用水紧张与环保要求，该公司回收焦化熄焦用水和钒化工艺的提钒废水，在经过污水处理后回用到厂区内循环使用，同时也进入到反渗透系统用作原水。下表为焦化排水和提钒废水水质：

表-03焦化排水水质

表-04提钒废水水质

经过短期的运行使得厂区内回用制水水质发生明显变化：

表-05被焦化和提钒废水污染后的反渗透给水水质

由于COD、硬度与电导率严重升高，导致反渗透系统瘫痪，每周进行一次在线化学清洗，但是反渗透运行参数急剧下降：

表-06被污堵后的反渗透运行参数

由于焦化熄焦废水含有的有机物成分复杂，有机物对反渗透膜的污堵及溶粘作用会使反渗透膜彻底废掉。而且，一但被焦化水污染后反渗透不能在线清洗恢复，即使经过在线化学清洗效果也补明显，产水量很难提升，压差与进水压力增长迅速。

5.2 反渗透膜离线清洗效果

为更好解决污堵所造成的问题，找到污染根源并找到解决办法，现场对反渗透膜进行拆除，取出污染物，对污染物进行分析。膜表面伴有轻微粘滑物质（微生物粘泥污染），金属胶体混合COD（溶解性有机物）以及极细腻的淤泥成份，按串联流程长度逐渐延伸至二段中断（细腻的淤泥一般由于前处理超滤NTU较高或者超滤截留分子量过低下长期运行被反渗透浓缩积累且在运行剪切压力下湍流至后续膜表面流道中），二段后四支存在轻微碳酸钙结垢。